为了深入了解南堡凹陷富有机质页岩的形成机理，通过对地球微量元素和稀土元素化学特征的详细分析，研究了沉积环境及其水体的物源。结果表明，微量元素Li、CS、Bi相对富集，Cr、Sn相对缺乏，其他微量元素含量接近于上地贝壳元素。稀土元素总量差异很大，接近或高于大陆上地地壳的平均值，表明陆源碎屑的供应充足。稀土元素分布格局表明，分异轻稀土元素富集，重稀土元素相对匮乏。铕（EU）异常值明显，铈（CE）异常值基本正常。根据锶和锶钡比的变化，反映出沙三段时期的湖泊水体有一定的分离，淡水、半咸水和咸水环境共存。沙一段期湖泊水体连通性增强，主要在半咸水环境中。根据V/（V+Ni）、th/u比值和CE、CE异常指数（ceanom）的特征，表明湖泊水体为缺氧环境，具有较强的分层性。源钡含量表明，湖泊水体的古生产力较高。通过稀土元素组合特征分析，认为沙河街组的物源主要来自燕山褶皱带于燕山期发育的花岗岩，夹杂少量沉积岩。南堡凹陷泥页岩中有机质的富集程度与其古环境和古地理密切相关：一是适宜的古盐度和丰富的水体养分适应了多种浮游藻类的共同繁荣，提高了湖泊水生有机质的生产效率。其次，缺氧的水环境减缓了埋藏过程中有机质的降解，提高了沉积有机质的保存效率。